USB Connectivity: USB 3.2 e além

A evolução dos Normas USB

No ano de 1995, o padrão de interface Universal Serial Bus (USB) foi introduzido no mercado. Antes do USB, conectar qualquer coisa a um computador exigia um monte de cabos e várias portas. Um mouse, teclado, impressora, scanner ou gamepad precisavam de conectores diferentes.

As pessoas nascidas perto do final da geração do milênio talvez conheçam apenas esse tipo de interface. E a Geração Z, seguindo a geração do milênio, cresceu com a internet e as mídias sociais. Quando a pandemia global atingiu em 2020, alguns dos membros da Geração Z tinham idade suficiente para entrar no mercado de trabalho. Embora muitos desses Gen-Z-ers acabassem trabalhando em casa, eles ainda precisavam usar a tecnologia mais recente, incluindo USB.

A tecnologia Universal Serial Bus (USB) está incorporada em carregadores de smartphones, unidades flash, impressoras e computadores. o Fórum de implementadores de USB (USB-IF) mantém as especificações USB e conformidade para conectores e interfaces.

Então, como as conexões USB evoluíram ao longo dos anos?

USB 1.0, introduzido em 1995, tem uma taxa de transferência de 1,5 Mbps. USB 1.1 tem uma taxa de transferência de 12 Mbps. USB 2.0, introduzido em 2000, tem uma taxa de transferência de 480 Megabits por segundo (Mbps). O USB 3.0, lançado em 2008, tem uma taxa de transferência de mais de 10 vezes a do USB 2.0, suportando 5 Gigabits por segundo (Gbps). O USB 3.1, lançado em 2013, oferece velocidades de até 10 Gbps. O USB 3.2, por volta de 2017, atinge velocidades de 20 Gbps. O USB 4.0 é definido para oferecer suporte a 40 Gbps. Essas taxas de transferência permitem uploads de dados mais rápidos.

Linha do tempo dos Normas USB

USB-Standards-Timeline

O USB 1.0 foi usado principalmente para operar mouses, teclados e gamepads. O USB 2.0 é plug-and-play e é comumente usado em unidades flash. O USB 2.0 também é compatível com as interfaces USB 1.0 e 1.1. O USB 3.0, que se manifesta em um conector Tipo C com densidade de pinos, carrega e baixa dados ao mesmo tempo.

Enquanto USB 1.0 e 1.1 usam USB Tipo A ou B, todos os produtos USB 3.2 Gen 2x2 usam o conector Tipo C. No entanto, nem todas as portas USB C são USB 3.2 Gen 2x2. Identificar qual interface USB você possui pode ser confuso. Consulte a tabela abaixo para diferenciar as opções disponíveis.

Especificações de Normas USB

versão USBAntigo nomeTipo de conectormáx. VelocidadePotência de carregamentoCaminhos
USB 1.0N / DTipo A ou B1,5 MbpsN / DN / D
USB 1.1N / DTipo A ou B12 MbpsN / DN / D
USB 2.0N / DTipo A ou B480 Mbps2,5 Wmão única
USB 3.0N / DTipo A ou B5Gbps4,5 Wbidirecional
USB 3.2 Gen1USB 3.2 Gen1 Tipo A ou B5 Gbps100 Wbidirecional
USB 3.2 Gen2USB 3.2 Gen2Tipo C10 Gbps100 Wbidirecional
USB 3.2 Gen 2x2 N / DTipo C20Gbps100 Wquatro vias
USB 4.0N / DTipo C40 Gbps240 Woito vias

Conectores USB ilustrados

USB-Connectors-Illustrated

USB 3.2 e 4.0

Fórum de implementadores de USB (USB-IF) introduziu o USB 4.0, a quarta revisão abrangente do Universal Serial Bus (USB). O USB 4.0, assim como o USB 3.2 Gen 2 e o USB 3.2 Gen 2x2, usam um conector e receptáculo chamado USB Type C.

O que é USB tipo C?

Recursos do USB tipo C

USB-Type-CO USB Tipo C é um conector reversível capaz de suportar taxas de dados de até 40 Gbps. Isso se divide em 10 Gbps por faixa, com 4 faixas no total.

O conector e o receptáculo do USB Tipo C são menores (comparáveis ao Micro- USB) e mais duráveis, suportando 10.000 ciclos de inserções/remoções. Com 24 pinos simétricos, o conector será conectado ao receptáculo na primeira tentativa. O Tipo C oferece estes benefícios:

  • Até 100 W de entrega de energia
  • Compatível com USB 2.0, 3.1 Gen 1, 3.2 Gen 2, 3.2 Gen 1, 3.2 Gen 2 e 4.0
  • Suporte para modos alternativos, para permitir que mais do que apenas dados USB sejam enviados pelo conector e conjunto de cabos
  • Padrões de fabricantes de computadores e telefones celulares que precisavam de uma interface menor e melhor para USB
  • Os Cabos são marcados eletronicamente para permitir a negociação de entrega de energia (isso é feito por motivos de segurança, para evitar que muita energia passe por um cabo que não pode suportá-la, embora tenhamos visto algumas exceções ruins entrarem no mercado causando danos)
  • Chega de cabos idiotas!
  • As portas USB-C podem ser provedoras ou consumidoras de energia
  • A mesma porta usada para conectar sua unidade flash também pode ser usada para carregar seu laptop
  • O modo de entrega de energia carrega smartphones e tablets muito mais rápido
  • Cabos e conectores também terão capacidades variadas (por exemplo - uma porta ou cabo pode suportar apenas USB 2.0 e sem fornecimento de energia)
  • A identificação das capacidades torna-se importante!

Modos alternativos USB tipo C

Os modos alternativos de USB incluem DisplayPort, MHL (Mobil High-Definition Link), Thunderbolt 3 e HDMI, todos descritos abaixo.

Modo Alternativo DisplayPort

  • Suporta até 4Kp60 4:4:4 com DisplayPort 1.3 Spec
  • Suporta simultaneamente USB 3.1 Gen 2 e USB 2.0
  • Transfere potência de até 100 W

Modos alternativos MHL (Mobil High-Definition Link)

  • Suporta até 4K 60 Hz com uma única faixa de dados ou 8K 60 Hz com 4 faixas com especificação super MHL 1.0
  • Suporta USB 2.0, 3.1, dependendo da configuração
  • Permite fornecimento de energia de até 100 W

Thunderbolt 3 Modo Alternativo

  • Suporte para até 2 monitores executando 4K 60 Hz
  • Conecta os protocolos PCIe 3.0, DisplayPort e USB 2.0 e 3.1, dependendo da configuração
  • Fornece potência de até 100 W
  • Laptops da Dell, Lenovo, Apple e HP têm conectores USB-C que suportam este modo alternativo

Modo Alternativo HDMI

  • Suporta especificação HDMI 1.4b (4Kp30, 4Kp60 4:2:0)
  • Não suporta dados USB 3.1 simultâneos em nenhuma configuração (limitado a USB 2.0)
  • Fornece potência de até 100 W

Tendências do mercado de USB tipo C

O tamanho do mercado Universal Serial Bus (USB) tipo C está avaliado em US$ 4.263,56 milhões e deve crescer a uma taxa composta de crescimento anual de 27,35% no período de previsão de 2021 a 2028.1
USB C comuns incluem telefones celulares e laptops, adaptadores para conexões legadas (USB A/B, DVI, etc.), unidades flash, docking station e monitores.

O que é a tecnologia USB 3.2

USB 3.2 Gen 1 (anteriormente USB 3.1 Gen 1)

O USB 3.2 Gen 1 oferece largura de banda de 5 Gbps, 100 W de potência disponível para o dispositivo downstream, operação full-duplex e é compatível como padrão com os sistemas operacionais macOS, Linux e Windows mais recentes.
O USB 3.2 existe como um barramento completamente separado do USB 2.0. Os dados USB 3.2 e os dados USB 2.0 são completamente separados, rodando em condutores diferentes no conector e no cabo.

USB 3.2 Gen 2 (anteriormente USB 3.1 Gen 2)

O USB 3.2 Gen 2 suporta largura de banda de 20 Gbps, fornece 100 W de energia para o dispositivo downstream e opera normalmente por meio de drivers e controladores de terceiros. Gen2 também tem outras pequenas alterações de protocolo sobre USB 3.2 Gen 1, mas mantém a compatibilidade com versões anteriores. 

Aplicações USB 3.2

O USB 3.2 é ideal para dispositivos de armazenamento em massa, como discos rígidos, unidades Blu-Ray e unidades flash. Ele oferece um aumento no desempenho em relação ao USB 3.0. Isso é importante porque os consumidores estão exigindo dispositivos mais rápidos para compensar tamanhos maiores de arquivos de vídeo e imagem.

Para videoconferência, as câmeras USB 3.2 PTZ são capazes de 1080p60 e além sem o uso de um codec de hardware, diminuindo o custo geral de implementação e permitindo que os usuários tragam seus próprios dispositivos para se conectar ao Skype, WebEx, etc.

As câmeras de visão de máquina USB fornecem soluções econômicas capazes de alta resolução e taxas de quadros para análise de produtos em linhas de montagem.

Aplicações USB 4

O USB 4, que é baseado no protocolo Thunderbolt que a Intel disponibilizou gratuitamente para o USB Promoter Group, permite que o USB 4 corresponda às velocidades do Thunderbolt 3 de 40 Gbps, duas vezes a velocidade do padrão USB 3.2 Gen 2x2 anterior. Transfira filmes e gráficos 4K em segundos. Use USB 4 para conectar vários monitores e monitores de vídeo externos. Conecte dois monitores 4K 60 Hz ou um monitor 5K ao seu PC. A interface USB 4 oferece 100 W de potência.

USB 4 é compatível com USB 3.2 e dispositivos que voltam para USB 2.0, mas você precisará de um adaptador para conectar o conector Tipo C do cabo USB 4 em portas USB Tipo A mais antigas.

O padrão USB 4 vale a pena? Você decide.

Os padrões USB 4 e Thunderbolt alimentam telas 4K duplas, enviam dados a 40 Gbps e fornecem energia para carregar um laptop. O USB 4 tem especificações mínimas mais baixas e os fabricantes podem optar por não implementar todos os recursos para minimizar os custos. Na prática, o Thunderbolt pode ser mais confiável graças aos requisitos de especificações mais altos.

De volta para o Futuro

O padrão USB evoluiu desde a sua criação em 1995. Hoje, o USB C é o conector padrão. Vários novos padrões já existem, os mais recentes são USB 3.2 Gen2 e USB 4.0. Esses conectores/interfaces USB C oferecem alta velocidade e conectividade para dispositivos USB modernos, como telefones celulares, laptops, tablets, impressoras, scanners, unidades flash e outros equipamentos comumente usados. No futuro, espera-se que o USB C continue a ser o conector/interface de escolha em todo o mundo para equipamentos USB comuns, devido à sua versatilidade, tamanho compacto e conectividade universal.

Referências

1https://www.databridgemarketresearch.com/reports/global-universal-serial-bus-usb-type-c-market

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